(57)【要約】【課題】検出誤差を含まず、かつＣＰＵの演算負荷とならないブラシレスモータの温度検出装置を得る。【解決手段】レゾルバ１０により回転角度を検出するブラシレスモータにおいて、交流信号を出力する励磁回路２０と、前記交流信号に直流のバイアス電圧を加算してレゾルバ１０の励磁コイル１３に加える加算回路と、励磁コイル１３の両端電圧差から交流成分を除去して直流成分を取り出すロウパスフィルタ３０と、ロウパスフィルタ３０からの直流成分を増幅する差動増幅器４０と、差動増幅器４０の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器５１と、前記直流成分と温度の比例関係に従ってＡ／Ｄ変換器５１の出力からブラシレスモータの温度を算出する温度算出部５２とを設けた。【選択図】図１
2010022112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レゾルバにより回転角度を検出するブラシレスモータにおいて、
交流信号を出力する励磁回路と、
前記交流信号に直流のバイアス電圧を加算して前記レゾルバの励磁コイルに加える加算回路と、
前記励磁コイルの両端電圧差から交流成分を除去して直流成分を取り出すロウパスフィルタと、
前記ロウパスフィルタからの直流成分を増幅する差動増幅器と、
前記差動増幅器の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記直流成分と温度の比例関係に従って前記Ａ／Ｄ変換器の出力からブラシレスモータの温度を算出する温度算出部と
を備えたことを特徴とするブラシレスモータの温度検出装置。
【請求項２】
前記加算回路は、直流電源に接続された第１の抵抗と、前記励磁回路に接続された第２の抵抗とから構成され、前記励磁回路からの交流信号及び前記直流電源からの直流電圧を前記第１の抵抗及び第２の抵抗の抵抗値の比率に応じて加算する
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの温度検出装置。
【請求項３】
前記ロウパスフィルタは、抵抗とコンデンサから構成されるＣＲフィルタが２段直列接続されている
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの温度検出装置。
【請求項４】
前記差動増幅器は、オペアンプと抵抗網から構成される
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの温度検出装置。
【請求項５】
予め実測した室温及び前記室温から求めた励磁コイルの抵抗値を記憶する不揮発性メモリをさらに備え、
前記温度算出部は、前記不揮発性メモリに記憶した室温及び抵抗値を基準として、前記励磁コイルの温度係数、前記第１の抵抗の抵抗値、前記直流電源の直流電圧及び前記直流成分に基づいてブラシレスモータの温度を算出する
ことを特徴とする請求項２記載のブラシレスモータの温度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レゾルバの励磁コイルの両端電圧差に基づいてブラシレスモータの温度を検出するブラシレスモータの温度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータは、自身の温度に依って特性が変化し、また、過度な高温においては特性が著しく劣化する。従って、ブラシレスモータの温度を検出して、これを補償するようにモータ駆動を行う必要がある。ブラシレスモータの温度を検出する方式として、ブラシレスモータに装着され、回転角度を検出するレゾルバの温度特性に着目し、このレゾルバの温度特性からブラシレスモータの温度を求める方式が従来から提案されている。
【０００３】
レゾルバの出力である正弦信号と余弦信号が成すリサージュ円の半径が温度に依って変化することに着目して、この半径から温度を求める方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方式は、レゾルバの励磁コイルのインピーダンスが温度によって変化して励磁電流が変化するので出力の正弦信号と余弦信号の振幅が変化する、との物理的根拠に依存している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１４９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような従来の方式、つまり、リサージュ円の半径からブラシレスモータの温度を求める方式では、リサージュ円の半径はレゾルバの励磁コイルのインピーダンスの温度特性によってのみ定まるものではく、レゾルバの機械的公差の温度特性や、レゾルバ信号を処理する処理回路の温度特性の影響をも受けるので半径の変化から求めた温度は大きな誤差を含むという問題点があった。
【０００６】
また、上記の従来の方式では、温度検出の処理をＣＰＵによる演算処理にて行うようになっているのでＣＰＵの負荷が大きくなり高速処理が可能な高価なＣＰＵが必要となるという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、検出誤差を含まず、かつＣＰＵの演算負荷とならないブラシレスモータの温度検出装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るブラシレスモータの温度検出装置は、レゾルバにより回転角度を検出するブラシレスモータにおいて、交流信号を出力する励磁回路と、前記交流信号に直流のバイアス電圧を加算して前記レゾルバの励磁コイルに加える加算回路と、前記励磁コイルの両端電圧差から交流成分を除去して直流成分を取り出すロウパスフィルタと、前記ロウパスフィルタからの直流成分を増幅する差動増幅器と、前記差動増幅器の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、前記直流成分と温度の比例関係に従って前記Ａ／Ｄ変換器の出力からブラシレスモータの温度を算出する温度算出部とを設けたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係るブラシレスモータの温度検出装置は、検出誤差を含まず、かつＣＰＵの演算負荷とならないという効果を奏する。
【００１０】
つまり、レゾルバの励磁コイルに直流成分を加えた励磁信号により励磁し、励磁コイルの両端電圧差の直流成分から温度を求めるようにしたので、励磁コイルのインピーダンスを直接的に検出することができ、誤差を含まず、またＣＰＵの演算負荷にもならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの温度検出装置について図１から図６までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの温度検出装置の構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。また、以下の実施の形態では、ブラシレスモータが電動パワーステアリング装置の一部を構成している場合を例として説明する。
【００１２】
図１において、この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの温度検出装置は、レゾルバ１０と、ＥＣＵ１００とが設けられている。
【００１３】
図１は、レゾルバ１０を電気回路として示したものであって、レゾルバ１０は、回転子１１と、固定子（後で説明する）に巻装された励磁コイル１３と、同じく固定子に巻装された２つの出力コイル１４、１５とから構成される。
【００１４】
ＥＣＵ１００は、直流電源Ｖｃｃと、励磁回路２０と、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２から構成される加算回路と、２つの抵抗Ｒ３、Ｒ４及び２つのコンデンサＣ１、Ｃ２から構成される２段のＣＲロウパスフィルタ３０と、オペアンプ４１及び２つの抵抗Ｒ５、Ｒ６から構成される差動増幅器４０と、ＣＰＵ５０と、不揮発性メモリ６０と、差動増幅器７０とが設けられている。
【００１５】
ＣＰＵ５０は、Ａ／Ｄ変換器５１と、温度算出部５２と、Ａ／Ｄ変換器５３と、正接算出部５４と、逆関数算出部５５とが設けられている。
【００１６】
図２は、この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータを含む電動パワーステアリング装置の周辺の構成を示す斜視図である。
【００１７】
図２において、電動パワーステアリング装置２は、車軸４の近傍に設けられ、ハンドル３の回転をアシストするアシスト力を発生するブラシレスモータ１と、このモータ１に接続されモータ１に出力する電流を制御する制御手段であるＥＣＵ１００とを有している。なお、ブラシレスモータ１は、図示しない車両のエンジンルーム内に設置されている。
【００１８】
図３は、この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの構成を示す断面図である。
【００１９】
図３において、鉄等の磁性体からなり、回転自在に支持されたシャフト８１の一端部には、磁界を発生させるマグネット８２が取り付けられてモータ回転子８３が設けられている。このモータ回転子８３には、有底円筒形状のフレーム８４の内壁面に固定されたモータ固定子８５が対向して設けられている。モータ固定子８５は、珪素鋼板等を積層して形成されており、樹脂製の絶縁体８６を介してモータコイル８７が巻装されている。このモータコイル８７は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相からなり、それぞれスター結線されている。また、シャフト８１の他端部には、鉄等の磁性体からなり、モータ１の駆動力を外部に伝達するカップリングであるボス８８が圧入されている。
【００２０】
レゾルバ１０は、回転子１１及び固定子１２から成る。回転子１１は、モータ回転子８３とボス８８との間に珪素鋼板を積層して形成されて取り付けられている。また、固定子１２は、この回転子１１に対向してアルミニウム等からなるハウジング８９に固定されている。前述した出力コイル１４、１５は、回転子１１と固定子１２との成す回転角度に応じて出力信号を出力する。
【００２１】
つぎに、この実施の形態１に係るブラシレスモータの温度検出装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図４は、この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの温度検出装置のレゾルバの励磁コイルを励磁する励磁信号を示す波形図である。
【００２３】
図４において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）ともに横軸は時間を現し、縦軸は電圧を現し、図中の一点鎖線は基準電圧である零ボルトを現している。
【００２４】
励磁回路２０は、図４（ａ）に示す交流信号を出力する。この交流信号は、例えば周波数が１０ＫＨｚで、振幅が４Ｖの正弦波信号である。この交流信号に、図４（ｂ）に示す直流成分を加算して、図４（ｃ）に示す直流成分が重畳された励磁信号を得て、これをレゾルバ１０の励磁コイル１３に加えて励磁する。
【００２５】
抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２は、加算の為の加算回路である。抵抗Ｒ１の一端は直流電源Ｖｃｃに接続され、他端は抵抗Ｒ２を介して励磁回路２０の出力端子に接続されている。この２本の抵抗Ｒ１、Ｒ２により、励磁回路２０からの交流信号と直流電源Ｖｃｃとが抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗値の比率に応じて加算され、図４（ｃ）に示す直流成分（直流のバイアス電圧）が重畳された励磁信号が励磁コイル１３に加えられる。
【００２６】
レゾルバ１０の励磁コイル１３のインピーダンスＺｓは、抵抗成分Ｒｓとインダクタンス成分Ｌｓの直列回路となっている。
【００２７】
励磁コイル１３に加えられる励磁信号のうち、直流成分のみについて考えると、直流成分に対してインダクタンス成分Ｌｓは零に等しく、また、交流信号を伝える抵抗Ｒ２は遮断したのに等しいので、励磁コイル１３の両端電圧差Ｖｓは下記の式（１）となる。
【００２８】
【数１】
2010022112.tif 000003
【００２９】
ここで、抵抗Ｒ１を抵抗成分Ｒｓに比べて十分に大きな値に設定すると、式（１）は下記の式（２）により近似できる。
【００３０】
【数２】
2010022112.tif 000004
【００３１】
ここで、励磁コイル１３の巻線の材質は銅なので銅の温度係数をＫとすると、式（２）は下記の式（３）で現せる。
【００３２】
【数３】
2010022112.tif 000005
【００３３】
式（３）において、Ｔは現在の温度（ブラシレスモータ１の温度）、Ｔ０は基準温度、Ｒ０は基準温度Ｔ０での励磁コイル１３の抵抗値を示す。
【００３４】
例えば、基準温度Ｔ０を２５℃にとり、この２５℃での励磁コイル１３の抵抗値をＲ０とすると、１２０℃での両端電圧差Ｖｓは下記の式（４）となる。
【００３５】
【数４】
2010022112.tif 000006
【００３６】
従って、逆に、この時の両端電圧差Ｖｓから現在の温度が１２０℃であることが検出できる。以上のようにして、励磁コイル１３の両端電圧差の直流成分Ｖｓからブラシレスモータ１の温度Ｔを検出できる。
【００３７】
図１において、ロウパスフィルタ３０は、レゾルバ１０の励磁コイル１３の両端電圧差から交流成分を除去して直流成分Ｖｓのみを取り出す。上述したように、抵抗Ｒ１の値を大きな値に設定すると、式（２）から、取り出した電圧Ｖｓは小さな値となる。
【００３８】
そこで、次段の差動増幅器４０は、この電圧Ｖｓを増幅する。上記の説明から、この差動増幅器４０の出力電圧Ｖｏは、温度Ｔに比例した値となっている。
【００３９】
ＣＰＵ５０のＡ／Ｄ変換器５１は、差動増幅器４０の出力電圧ＶｏをＡ／Ｄ変換して読み込む。
【００４０】
次段の温度算出部５２は、上記の式（３）に従ってブラシレスモータ１の温度Ｔを算出する。
【００４１】
以降は、図には示していないＣＰＵ５０の処理部で、この温度Ｔに応じてブラシレスモータ１の３相のモータコイル８７への通電を制御する。例えば、過度に温度Ｔが高い場合には、ブラシレスモータ１の特性劣化を防ぐ為に通電電流を低減する、等の処置を行う。
【００４２】
ところで、上記の式（３）で示した、基準温度Ｔ０での抵抗値Ｒ０には、例えば工作バラツキや巻き線の線径バラツキ等に依存したバラツキが含まれるので、両端電圧差Ｖｓもバラツキを含み、これから求めた温度Ｔにもバラツキが含まれる。以下、このバラツキを補正する方法を図１及び図５に従って説明する。
【００４３】
図５は、この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの温度検出装置の両端電圧差Ｖｓと温度Ｔの関係を示す図である。
【００４４】
まず、室温Ｔｒ（例えば、２０℃）における両端電圧差Ｖｓから上記の式（３）に従って励磁コイル１３の抵抗値Ｒｒを求め、この室温Ｔｒと励磁コイル１３の抵抗値ＲｒをＣＰＵ５０の外部に設けた不揮発性メモリ６０に記憶する。
【００４５】
一旦、記憶した以降は、温度算出部５２は、この記憶した室温Ｔｒと抵抗値Ｒｒを基準として温度Ｔを算出する。この場合、算出の根拠となる式は、上記の式（３）において、Ｒ０をＲｒに置換し、Ｔ０をＴｒに置換して得た下記の式（５）となる。
【００４６】
【数５】
2010022112.tif 000007
【００４７】
この式（５）からブラシレスモータ１の温度Ｔを求めると、次の式（６）のように現される。
【００４８】
【数６】
2010022112.tif 000008
【００４９】
式（６）より温度Ｔは両端電圧差Ｖｓに比例する。ここで、両端電圧差Ｖｓが、Ｖｓ＝Ｒｒ・Ｖｃｃ／Ｒ１のとき、Ｔ＝Ｔｒとなる。以上をグラフで表すと図５のようになる。
【００５０】
このように、一度実測して記憶した値を基準とすることでバラツキを除外できる。
【００５１】
続いて、レゾルバの信号を処理して回転角度の求める方法について図１及び図６に従って説明する。
【００５２】
図６は、この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの温度検出装置のレゾルバの出力コイルの出力信号を示す波形図である。
【００５３】
図６において、（ａ）、（ｂ）ともに、横軸は時間を現し、縦軸は電圧を現し、一点鎖線は振幅が零となる基準電圧を現している。
【００５４】
ブラシレスモータ１のシャフト８１が回転すると、このシャフト８１に固定されたレゾルバ１０の回転子１１が共に回転して２つの出力コイル１４、１５の両端には回転子１１の回転角度に応じて振幅が変調された電圧波形が出力される。その両端の電圧差を増幅する差動増幅器７０の出力には、図６（ａ）、（ｂ）に細線で示す電圧波形が得られる。
【００５５】
図６（ａ）、（ｂ）に丸印を付した太線で示すように、差動増幅器７０の２つの出力波形の山又は谷のピーク点をサンプリングして連ねると各々が回転子１１の回転角度θに対する正弦信号と余弦信号となっている。
【００５６】
ＣＰＵ５０のＡ／Ｄ変換器５３は、上述したピーク点をサンプリングして正弦値ＳＩＮθと余弦値ＣＯＳθを得る。
【００５７】
次段の正接算出部５４では、この正弦値ＳＩＮθを余弦値ＣＯＳθで除して正接値ＴＡＮθを得る。
【００５８】
次段の逆関数算出部５５では、正接値ＴＡＮθの逆関数ＡｒｃＴＡＮθから角度θを求める。
【００５９】
以上の処理により、回転子１１の回転角度θ、すなわち、ブラシレスモータ１のシャフト８１の回転角度θが得られる。
【００６０】
ＣＰＵ５０は、図には示していない以降の処理部により、この算出した回転角度θに応じてブラシレスモータ１の３相のモータコイル８７への通電を制御してアシスト力を発生する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの温度検出装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータを含む電動パワーステアリング装置の周辺の構成を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの構成を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの温度検出装置のレゾルバの励磁コイルを励磁する励磁信号を示す波形図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの温度検出装置の両端電圧差Ｖｓと温度Ｔの関係を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの温度検出装置のレゾルバの出力コイルの出力信号を示す波形図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  ブラシレスモータ、２  電動パワーステアリング装置、３  ハンドル、４  車軸、１０  レゾルバ、１１  回転子、１２  固定子、１３  励磁コイル、１４  出力コイル、１５  出力コイル、２０  励磁回路、３０  ロウパスフィルタ、４０  差動増幅器、４１  オペアンプ、５１  Ａ／Ｄ変換器、５２  温度算出部、５３  Ａ／Ｄ変換器、５４  正接算出部、５５  逆関数算出部、６０  不揮発性メモリ、７０  差動増幅器、８１  シャフト、８２  マグネット、８３  モータ回転子、８４  フレーム、８５  モータ固定子、８６  絶縁体、８７  モータコイル、８８  ボス、８９  ハウジング。
【図１】
2010022112.tif 000009
【図２】
2010022112.tif 000010
【図３】
2010022112.tif 000011
【図４】
2010022112.tif 000012
【図５】
2010022112.tif 000013
【図６】
2010022112.tif 000014